第4章存儲(chǔ)器講解

1、存存 儲(chǔ)儲(chǔ) 器器 5. 什么是存儲(chǔ)器的什么是存儲(chǔ)器的帶寬帶寬？若存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)總線(xiàn)寬度為？若存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)總線(xiàn)寬度為32位，存取周期為位，存取周期為200ns，則存儲(chǔ)器的帶寬是多少？，則存儲(chǔ)器的帶寬是多少？ 解：存儲(chǔ)器的帶寬指解：存儲(chǔ)器的帶寬指單位時(shí)間內(nèi)從存儲(chǔ)器進(jìn)出信息單位時(shí)間內(nèi)從存儲(chǔ)器進(jìn)出信息的的最大最大數(shù)量數(shù)量。 存儲(chǔ)器帶寬存儲(chǔ)器帶寬 = 1/200ns 32位位 = 160M位位/秒秒 = 20MB/S （注：本題的兆單位來(lái)自時(shí)間（注：本題的兆單位來(lái)自時(shí)間=106） 7. 一個(gè)容量為一個(gè)容量為16K32位的存儲(chǔ)器，其位的存儲(chǔ)器，其地址線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)的地址線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)的總和總和是多少？當(dāng)選用下列不同

2、規(guī)格的存儲(chǔ)芯片時(shí)，各需要是多少？當(dāng)選用下列不同規(guī)格的存儲(chǔ)芯片時(shí)，各需要多少片？多少片？ 1K4位，位，2K8位，位，4K4位，位，16K1位，位，4K8位，位，8K8位位 解：解：地址線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)的總和地址線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)的總和 = 14 + 32 = 46根根； 各需要的片數(shù)為：各需要的片數(shù)為： 1K4：16K32 /1K4 = 168 = 128片片 2K8：16K32 /2K 8 = 8 4 = 32片片 4K4：16K32 /4K 4 = 4 8 = 32片片 16K1：16K 32 / 16K 1 = 32片片 4K8：16K32 /4K8 = 4 4 = 16片片 8K8：16K32 /

3、8K 8 = 2X4 = 8片片 討論：討論：地址線(xiàn)根數(shù)與容量為地址線(xiàn)根數(shù)與容量為2的冪的關(guān)系，在此為的冪的關(guān)系，在此為214，14根；根； 數(shù)據(jù)線(xiàn)根數(shù)與字長(zhǎng)位數(shù)相等，在此為數(shù)據(jù)線(xiàn)根數(shù)與字長(zhǎng)位數(shù)相等，在此為32根。根。 解：解：刷新刷新對(duì)對(duì)DRAM定期定期進(jìn)行的進(jìn)行的全部重寫(xiě)全部重寫(xiě)過(guò)程；過(guò)程； 刷新原因刷新原因因因電容泄漏電容泄漏而引起的而引起的DRAM所存信息的衰所存信息的衰減需要減需要及時(shí)補(bǔ)充及時(shí)補(bǔ)充，因此安排了定期刷新操作，因此安排了定期刷新操作. 9. 什么叫什么叫刷新刷新？為什么為什么要刷新？說(shuō)明刷新有要刷新？說(shuō)明刷新有幾種方法幾種方法。 常用的刷新方法常用的刷新方法有三種有三種集

4、中式集中式、分散式、異步式分散式、異步式。 集中式：集中式：在最大刷新間隔時(shí)間內(nèi)，在最大刷新間隔時(shí)間內(nèi)， 集中安排集中安排一段時(shí)間進(jìn)行刷新；一段時(shí)間進(jìn)行刷新； 分散式：分散式：在每個(gè)讀在每個(gè)讀/寫(xiě)周期之后寫(xiě)周期之后插入一個(gè)插入一個(gè)刷新周期，刷新周期， 無(wú)無(wú)CPU訪(fǎng)存死時(shí)間；訪(fǎng)存死時(shí)間； 異步式：異步式：是集中式和分散式的是集中式和分散式的折衷折衷。 11. 一個(gè)一個(gè)8K8位的動(dòng)態(tài)位的動(dòng)態(tài)RAM芯片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)排列成芯片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)排列成256256形式，存取周期為形式，存取周期為0.1s。試問(wèn)采用集中刷新、分散。試問(wèn)采用集中刷新、分散刷新及異步刷新三種方式的刷新及異步刷新三種方式的刷新間隔刷新

5、間隔各為多少？各為多少？ 解：設(shè)解：設(shè)DRAM的刷新最大間隔時(shí)間為的刷新最大間隔時(shí)間為2ms，則，則 1)集中刷新集中刷新 2ms 集中刷新的集中刷新的死時(shí)間死時(shí)間 =0.1s256行行 =25.6s 2)分散刷新分散刷新 刷新間隔刷新間隔 =0.1s2=0.2s,即：每即：每0.2s刷新一行。刷新一行。 分散分散刷新一遍刷新一遍的時(shí)間的時(shí)間=0.1s2256行行 =51.2s 分散刷新時(shí)，分散刷新時(shí)，2ms內(nèi)可內(nèi)可重復(fù)重復(fù)刷新遍數(shù)刷新遍數(shù)=2ms/ 51.2s 39遍。遍。 3) 異步刷新異步刷新 刷新間隔刷新間隔 =2ms/256=0.0078125ms=7.8125s 即：每即：每7.8

6、125s刷新一行。刷新一行。 14. 某某8位位微型機(jī)微型機(jī)地址碼為地址碼為18位位，若使用，若使用4K4位位的的RAM芯片組成模塊板結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器，試問(wèn)：芯片組成模塊板結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器，試問(wèn)： （1）該機(jī)所允許的）該機(jī)所允許的最大主存空間最大主存空間是多少？是多少？ （2）若每個(gè)模塊板為）若每個(gè)模塊板為32K8位位，共需，共需幾個(gè)幾個(gè)模塊板？模塊板？ （3）每個(gè)模塊板內(nèi)共有）每個(gè)模塊板內(nèi)共有幾片幾片RAM芯片？芯片？ （4）共有）共有多少片多少片RAM？ （5）CPU如何如何選擇選擇各模塊板？各模塊板？ 解：（解：（1）218 = 256K，則該機(jī)所允許的最大主存空間是，則該機(jī)所允許的最大主存空間

7、是（2）模塊板總數(shù)）模塊板總數(shù) = 256K8/32K8= 8塊塊 ；（3）板內(nèi)片數(shù)）板內(nèi)片數(shù) = 32K8位位/4K4位位= 8 2 = 16片片；（4）總片數(shù)）總片數(shù) = 16片片 8 = 128片片；（5）CPU通過(guò)通過(guò)最高最高3位地址譯碼位地址譯碼選板，選板，次高次高3位地址譯碼位地址譯碼選選片。地址格式分配如下：片。地址格式分配如下：17 15 14 12 11 0256K8位位=256KB； 15. 設(shè)設(shè)CPU共有共有16根地址線(xiàn)根地址線(xiàn)，8根數(shù)據(jù)線(xiàn)根數(shù)據(jù)線(xiàn)，并用，并用MREQ（低電（低電平有效）作訪(fǎng)存控制信號(hào)，平有效）作訪(fǎng)存控制信號(hào)，R/W作讀作讀/寫(xiě)命令信號(hào)（高電平為寫(xiě)命令信號(hào)

8、（高電平為讀，低電平為寫(xiě)）?，F(xiàn)有這些存儲(chǔ)芯片：讀，低電平為寫(xiě)）?，F(xiàn)有這些存儲(chǔ)芯片： ROM（2K8位，位，4K4位，位，8K8位），位）， RAM（1K4位，位，2K8位，位，4K8位），位），及及74138譯碼器和其他譯碼器和其他門(mén)電路門(mén)電路（門(mén)電路自定）。（門(mén)電路自定）。 試從上述規(guī)格中選用合適的芯片，畫(huà)出試從上述規(guī)格中選用合適的芯片，畫(huà)出CPU和存儲(chǔ)芯片的和存儲(chǔ)芯片的連接圖。要求如下：連接圖。要求如下： （1）最小最小4K地址地址為為系統(tǒng)系統(tǒng)程序區(qū)，程序區(qū)，409616383地址范圍為地址范圍為用戶(hù)用戶(hù)程序區(qū)；（程序區(qū)；（2）指出）指出選用選用的存儲(chǔ)芯片類(lèi)型及數(shù)量；的存儲(chǔ)芯片類(lèi)型及數(shù)量；

9、 （3）詳細(xì)）詳細(xì)畫(huà)出畫(huà)出片選邏輯。片選邏輯。(1) 寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制地址碼寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制地址碼A15A14A13 A11 A10 A7 A4 A3 A00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 14K8位位ROM2片片 4K4位位 解：（解：（1）地址空間分配圖如下地址空間分配圖如下：ROM（2K8位，位，4K4位，位，8K8位），位）， RAM（1K4位，位，2K8位，位，4K8位），位），409616383地址范圍為地址范圍為用戶(hù)用戶(hù)程序區(qū)程序區(qū)單元數(shù)單元數(shù)=16383-4096+1=12288=12K12

10、K8位位RAM3片片4K8位位 （2）選片選片：ROM：4K 4位：位：2片片； RAM：4K 8位：位：3片片；CBA Y0 Y1 Y2 Y3 （3）CPU和存儲(chǔ)器連接邏輯圖和存儲(chǔ)器連接邏輯圖及及片選邏輯片選邏輯： 16. CPU假設(shè)同上題，現(xiàn)有假設(shè)同上題，現(xiàn)有8片片8K8位位的的RAM芯片與芯片與CPU相連。相連。 （1）用）用74138譯碼器畫(huà)出譯碼器畫(huà)出CPU與存儲(chǔ)芯片的與存儲(chǔ)芯片的連接圖連接圖； （2）寫(xiě)出每片）寫(xiě)出每片RAM的的地址范圍地址范圍； （3）如果運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)不論往哪片）如果運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)不論往哪片RAM寫(xiě)入數(shù)據(jù)，以寫(xiě)入數(shù)據(jù)，以A000H為起始地址的存儲(chǔ)芯片都有與其為起始地址的

11、存儲(chǔ)芯片都有與其相同相同的數(shù)據(jù)，分析的數(shù)據(jù)，分析故障原因故障原因。 （4）根據(jù)（）根據(jù)（1）的連接圖，若出現(xiàn)地址線(xiàn)）的連接圖，若出現(xiàn)地址線(xiàn)A13與與CPU斷線(xiàn)斷線(xiàn)，并，并搭接搭接到到高電平高電平上，將出現(xiàn)什么上，將出現(xiàn)什么后果后果？ 解：解： （1）CPU與存儲(chǔ)器芯片連接邏輯圖：與存儲(chǔ)器芯片連接邏輯圖：R/WD70A120 MREQA13A14A15 （2）地址空間分配圖：）地址空間分配圖： （3）如果運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)不論往哪片）如果運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)不論往哪片RAM寫(xiě)入數(shù)據(jù)后，以寫(xiě)入數(shù)據(jù)后，以A000H為起始地址的存儲(chǔ)芯片都有與其相同的數(shù)據(jù)，則根本為起始地址的存儲(chǔ)芯片都有與其相同的數(shù)據(jù)，則根本的的故障原因

12、故障原因?yàn)椋涸摯鎯?chǔ)芯片的為：該存儲(chǔ)芯片的片選輸入端片選輸入端很可能很可能總是處于低電總是處于低電平平。可能的情況有：。可能的情況有：1）該片的）該片的-CS端與端與-WE端端錯(cuò)連錯(cuò)連或或短路短路；2）該片的）該片的-CS端與端與CPU的的-MREQ端端錯(cuò)連錯(cuò)連或或短路短路；3）該片的）該片的-CS端與端與地線(xiàn)地線(xiàn)錯(cuò)連錯(cuò)連或或短路短路； 在此，假設(shè)芯片與譯碼器本身都是好的。在此，假設(shè)芯片與譯碼器本身都是好的。 （4）如果地址線(xiàn)）如果地址線(xiàn)A13與與CPU斷線(xiàn)斷線(xiàn)，并，并搭接到高電平搭接到高電平上，上，將會(huì)出現(xiàn)將會(huì)出現(xiàn)A13恒為恒為“1”的情況。此時(shí)存儲(chǔ)器只能尋址的情況。此時(shí)存儲(chǔ)器只能尋址A13=

13、1的地址空間，的地址空間，A13=0的另一半地址空間將永遠(yuǎn)訪(fǎng)問(wèn)不到的另一半地址空間將永遠(yuǎn)訪(fǎng)問(wèn)不到。若。若對(duì)對(duì)A13=0的地址空間進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，只能錯(cuò)誤地訪(fǎng)問(wèn)到的地址空間進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，只能錯(cuò)誤地訪(fǎng)問(wèn)到A13=1的的對(duì)應(yīng)空間中去。對(duì)應(yīng)空間中去。 17. 寫(xiě)出寫(xiě)出1100,1101的漢明碼。的漢明碼。 二進(jìn)制序號(hào)二進(jìn)制序號(hào) 名稱(chēng)名稱(chēng)1 2 3 4 5 6 7C1 C2 1 C41 0 0C1= 3 5 7 = 0C2= 3 6 7 = 1C4= 5 6 7 = 1 1100 的漢明碼為的漢明碼為 0111100 1001 的漢明碼為的漢明碼為 1010101 18. 的接受到的漢明碼為的接受到的漢明碼為11

14、00100,1100000。（配偶）。（配偶）P1= 1 3 5 7 = 0P2= 2 3 6 7 = 1P4= 4 5 6 7 = 1P4P2P1 = 110第第 6 位出錯(cuò)，可糾正為位出錯(cuò)，可糾正為 1100110。第第 7 位出錯(cuò)，可糾正為位出錯(cuò)，可糾正為 1100001。 22. 某機(jī)字長(zhǎng)為某機(jī)字長(zhǎng)為16位，常規(guī)的存儲(chǔ)空間為位，常規(guī)的存儲(chǔ)空間為64K字，若想不改用字，若想不改用其他高速的存儲(chǔ)芯片，而使訪(fǎng)存速度提高到其他高速的存儲(chǔ)芯片，而使訪(fǎng)存速度提高到8倍，可采取什么倍，可采取什么措施？畫(huà)圖說(shuō)明。措施？畫(huà)圖說(shuō)明。 解：若想不改用高速存儲(chǔ)芯片，而使訪(fǎng)存速度提高到解：若想不改用高速存儲(chǔ)芯片

15、，而使訪(fǎng)存速度提高到8倍，倍，可采取多體交叉存取技術(shù)，圖示如下：可采取多體交叉存取技術(shù)，圖示如下：8體交叉訪(fǎng)問(wèn)時(shí)序：體交叉訪(fǎng)問(wèn)時(shí)序： 23.設(shè)設(shè)CPU共有共有16根地址線(xiàn)，根地址線(xiàn)，8根數(shù)據(jù)線(xiàn)，并用根數(shù)據(jù)線(xiàn)，并用M/IO作為作為訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器或訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器或I/O的控制信號(hào)（高電平為訪(fǎng)存，低電平為訪(fǎng)的控制信號(hào)（高電平為訪(fǎng)存，低電平為訪(fǎng)I/O)，WR（低電平有效）為寫(xiě)命令，（低電平有效）為寫(xiě)命令，RD（低電平有效）為（低電平有效）為讀命令。設(shè)計(jì)一個(gè)容量為讀命令。設(shè)計(jì)一個(gè)容量為64KB的采用低位交叉編址的的采用低位交叉編址的8體體并行結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器。現(xiàn)有右圖所示的存儲(chǔ)芯片及并行結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器?，F(xiàn)有右圖所示的存儲(chǔ)

16、芯片及138譯碼器。譯碼器。 畫(huà)出畫(huà)出CPU和存儲(chǔ)芯片（芯片容量自定）的連接圖，并寫(xiě)和存儲(chǔ)芯片（芯片容量自定）的連接圖，并寫(xiě)出圖中每個(gè)存儲(chǔ)芯片的地址范圍（用十六進(jìn)制數(shù)表示）。出圖中每個(gè)存儲(chǔ)芯片的地址范圍（用十六進(jìn)制數(shù)表示）。解：芯片容量解：芯片容量=64KB/8=8KB 每個(gè)芯片（體）的地址范圍以每個(gè)芯片（體）的地址范圍以8為模低位交叉為模低位交叉分布如下：分布如下：方案方案1：8體交叉編址的體交叉編址的CPU和存儲(chǔ)芯片的連接圖：和存儲(chǔ)芯片的連接圖：注：此設(shè)計(jì)方案只能實(shí)現(xiàn)八體之間的低位交叉尋址，但不注：此設(shè)計(jì)方案只能實(shí)現(xiàn)八體之間的低位交叉尋址，但不能實(shí)現(xiàn)八體并行操作。能實(shí)現(xiàn)八體并行操作。方案方

17、案2：8體交叉并行存取系統(tǒng)體內(nèi)邏輯如下：體交叉并行存取系統(tǒng)體內(nèi)邏輯如下： 由于存儲(chǔ)器單體的存取周期為T(mén)，而CPU的總線(xiàn)訪(fǎng)存周期為（1/8）T，故體內(nèi)邏輯要支持單體的獨(dú)立工作速率。因此在SRAM芯片的外圍加了地址、數(shù)據(jù)的輸入/輸出緩沖裝置，以及控制信號(hào)的擴(kuò)展裝置。 CPU和各體的連接圖：由于存儲(chǔ)器單體的工作速率和總和各體的連接圖：由于存儲(chǔ)器單體的工作速率和總線(xiàn)速率不一致，因此各體之間存在總線(xiàn)分配問(wèn)題，存儲(chǔ)器不線(xiàn)速率不一致，因此各體之間存在總線(xiàn)分配問(wèn)題，存儲(chǔ)器不能簡(jiǎn)單地和能簡(jiǎn)單地和CPU直接相連，要在存儲(chǔ)管理部件的控制下連接。直接相連，要在存儲(chǔ)管理部件的控制下連接。 24. 一個(gè)一個(gè)4體低位交叉的

18、存儲(chǔ)器，假設(shè)存取周期為體低位交叉的存儲(chǔ)器，假設(shè)存取周期為T(mén)，CPU每每隔隔1/4存取周期啟動(dòng)一個(gè)存儲(chǔ)體，試問(wèn)依次訪(fǎng)問(wèn)存取周期啟動(dòng)一個(gè)存儲(chǔ)體，試問(wèn)依次訪(fǎng)問(wèn)64個(gè)字需多少個(gè)字需多少個(gè)存取周期？個(gè)存取周期？解：只有訪(fǎng)問(wèn)第一個(gè)字需一個(gè)存取周期，從第二個(gè)字開(kāi)始，解：只有訪(fǎng)問(wèn)第一個(gè)字需一個(gè)存取周期，從第二個(gè)字開(kāi)始，每隔每隔1/4存取周期即可訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)字，因此，依次訪(fǎng)問(wèn)存取周期即可訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)字，因此，依次訪(fǎng)問(wèn)64個(gè)字需：個(gè)字需： 存取周期個(gè)數(shù)存取周期個(gè)數(shù) =(64-1)(1/4)T+T =（63/4+1）T =15.75+1 =16.75T 與常規(guī)存儲(chǔ)器的速度相比，加快了：（與常規(guī)存儲(chǔ)器的速度相比，加快了：（6

19、4-16.75）T =47.25T 注：注：4體交叉存取雖然從理論上講可將存取速度提高到體交叉存取雖然從理論上講可將存取速度提高到4倍，但實(shí)現(xiàn)時(shí)由于并行存取的分時(shí)啟動(dòng)需要一定的時(shí)間，故倍，但實(shí)現(xiàn)時(shí)由于并行存取的分時(shí)啟動(dòng)需要一定的時(shí)間，故實(shí)際上只能提高到接近實(shí)際上只能提高到接近4倍。倍。 25. 什么是什么是“程序訪(fǎng)問(wèn)的局部性程序訪(fǎng)問(wèn)的局部性”？存儲(chǔ)系統(tǒng)中哪一？存儲(chǔ)系統(tǒng)中哪一級(jí)采用了程序訪(fǎng)問(wèn)的局部性原理？級(jí)采用了程序訪(fǎng)問(wèn)的局部性原理？ 解：程序運(yùn)行的局部性原理指：在一小段時(shí)間內(nèi)，最解：程序運(yùn)行的局部性原理指：在一小段時(shí)間內(nèi)，最近被訪(fǎng)問(wèn)過(guò)的程序和數(shù)據(jù)很可能再次被訪(fǎng)問(wèn)；在空間上，近被訪(fǎng)問(wèn)過(guò)的程序和數(shù)

20、據(jù)很可能再次被訪(fǎng)問(wèn)；在空間上，這些被訪(fǎng)問(wèn)的程序和數(shù)據(jù)往往集中在一小片存儲(chǔ)區(qū)；在訪(fǎng)這些被訪(fǎng)問(wèn)的程序和數(shù)據(jù)往往集中在一小片存儲(chǔ)區(qū)；在訪(fǎng)問(wèn)順序上，指令順序執(zhí)行比轉(zhuǎn)移執(zhí)行的可能性大問(wèn)順序上，指令順序執(zhí)行比轉(zhuǎn)移執(zhí)行的可能性大 (大約大約 5:1 )。存儲(chǔ)系統(tǒng)中。存儲(chǔ)系統(tǒng)中Cache主存層次采用了程序訪(fǎng)問(wèn)的局主存層次采用了程序訪(fǎng)問(wèn)的局部性原理。部性原理。 26. 計(jì)算機(jī)中設(shè)置計(jì)算機(jī)中設(shè)置Cache的作用是什么？能不能把的作用是什么？能不能把Cache的容量擴(kuò)大，最后取代主存，為什么？的容量擴(kuò)大，最后取代主存，為什么？ 答：計(jì)算機(jī)中設(shè)置答：計(jì)算機(jī)中設(shè)置Cache主要是為了加速主要是為了加速CPU訪(fǎng)訪(fǎng)存速度；

21、存速度； 不能把不能把Cache的容量擴(kuò)大到最后取代主存，主要的容量擴(kuò)大到最后取代主存，主要因?yàn)橐驗(yàn)镃ache和主存的結(jié)構(gòu)原理以及訪(fǎng)問(wèn)機(jī)制不同（主和主存的結(jié)構(gòu)原理以及訪(fǎng)問(wèn)機(jī)制不同（主存是按地址訪(fǎng)問(wèn)，存是按地址訪(fǎng)問(wèn)，Cache是按內(nèi)容及地址訪(fǎng)問(wèn)）。是按內(nèi)容及地址訪(fǎng)問(wèn)）。 27. Cache制作在制作在CPU芯片內(nèi)有什么好處？將指令芯片內(nèi)有什么好處？將指令Cache和數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)Cache分開(kāi)又有什么好處？分開(kāi)又有什么好處？ 答：答：Cache做在做在CPU芯片內(nèi)主要有下面幾個(gè)好處：芯片內(nèi)主要有下面幾個(gè)好處： 1）可提高外部總線(xiàn)的利用率。因?yàn)椋┛商岣咄獠靠偩€(xiàn)的利用率。因?yàn)镃ache在在CPU芯片芯片

22、內(nèi)，內(nèi)，CPU訪(fǎng)問(wèn)訪(fǎng)問(wèn)Cache時(shí)不必占用外部總線(xiàn)；時(shí)不必占用外部總線(xiàn)； 2）Cache不占用外部總線(xiàn)就意味著外部總線(xiàn)可更多地不占用外部總線(xiàn)就意味著外部總線(xiàn)可更多地支持支持I/O設(shè)備與主存的信息傳輸，增強(qiáng)了系統(tǒng)的整體效率；設(shè)備與主存的信息傳輸，增強(qiáng)了系統(tǒng)的整體效率； 3）可提高存取速度。因?yàn)椋┛商岣叽嫒∷俣?。因?yàn)镃ache與與CPU之間的數(shù)據(jù)通之間的數(shù)據(jù)通路大大縮短路大大縮短,故存取速度得以提高；故存取速度得以提高； 將指令將指令Cache和數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)Cache分開(kāi)有如下好處：分開(kāi)有如下好處： 1）可支持超前控制和流水線(xiàn)控制，有利于這類(lèi)控制）可支持超前控制和流水線(xiàn)控制，有利于這類(lèi)控制方式下指令

23、預(yù)取操作的完成；方式下指令預(yù)取操作的完成； 2）指令）指令Cache可用可用ROM實(shí)現(xiàn)，以提高指令存取的可實(shí)現(xiàn)，以提高指令存取的可靠性；靠性； 3）數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)Cache對(duì)不同數(shù)據(jù)類(lèi)型的支持更為靈活，既對(duì)不同數(shù)據(jù)類(lèi)型的支持更為靈活，既可支持整數(shù)（例可支持整數(shù)（例32位），也可支持浮點(diǎn)數(shù)據(jù)（如位），也可支持浮點(diǎn)數(shù)據(jù)（如64位）。位）。設(shè)主存容量為設(shè)主存容量為256K字，字，Cache容量為容量為2K字，塊長(zhǎng)為字，塊長(zhǎng)為4。（1）設(shè)計(jì)）設(shè)計(jì)Cache地址格式地址格式,Cache中可裝入多少塊數(shù)據(jù)？中可裝入多少塊數(shù)據(jù)？（2）在直接映射方式下，設(shè)計(jì)主存地址格式。）在直接映射方式下，設(shè)計(jì)主存地址格式。（3

24、）在四路組相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存地址格式。）在四路組相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存地址格式。（4）在全相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存地址格式。）在全相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存地址格式。（5）若存儲(chǔ)字長(zhǎng)為）若存儲(chǔ)字長(zhǎng)為32位，存儲(chǔ)器按字節(jié)尋址，寫(xiě)出上述位，存儲(chǔ)器按字節(jié)尋址，寫(xiě)出上述三種映射方式下主存的地址格式。三種映射方式下主存的地址格式。字塊內(nèi)地址字塊內(nèi)地址緩存字塊地址緩存字塊地址 9 2字塊內(nèi)地址字塊內(nèi)地址緩存字塊地址緩存字塊地址主存字主存字塊標(biāo)記塊標(biāo)記7 9 2字塊內(nèi)地址字塊內(nèi)地址主存字塊標(biāo)記主存字塊標(biāo)記16 2字塊內(nèi)地址字塊內(nèi)地址組地址組地址主存字主存字塊標(biāo)記塊標(biāo)記9 7 2字塊內(nèi)地址字塊內(nèi)地址緩存

25、字塊地址緩存字塊地址 9 429. 假設(shè)假設(shè)CPU執(zhí)行某段程序時(shí)共訪(fǎng)問(wèn)執(zhí)行某段程序時(shí)共訪(fǎng)問(wèn)Cache命中命中4800次，訪(fǎng)次，訪(fǎng)問(wèn)主存問(wèn)主存200次，已知次，已知Cache的存取周期是的存取周期是30ns，主存的存取周，主存的存取周期是期是150ns，求，求Cache的命中率以及的命中率以及Cache-主存系統(tǒng)的平均主存系統(tǒng)的平均訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間和效率，試問(wèn)該系統(tǒng)的性能提高了多少？訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間和效率，試問(wèn)該系統(tǒng)的性能提高了多少？解：（解：（1）Cache的命中率為的命中率為 h=4800/（4800+200）=0.96（2）Cache-主存系統(tǒng)的平均訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間：主存系統(tǒng)的平均訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間：nst8 .34)96

26、. 01 (15096. 030（3）Cache-主存系統(tǒng)的效率主存系統(tǒng)的效率e=訪(fǎng)問(wèn)訪(fǎng)問(wèn)Cache的時(shí)間的時(shí)間/平均訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間平均訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間%2 .868 .3430%30te（4）不用）不用Cache訪(fǎng)問(wèn)的時(shí)間為訪(fǎng)問(wèn)的時(shí)間為150ns；用了；用了Cache后，則系后，則系統(tǒng)的平均訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間為統(tǒng)的平均訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間為34.8ns性能為原來(lái)的性能為原來(lái)的150/34.8=4.31倍，倍， 提高了提高了3.31倍。倍。 30. 一個(gè)組相聯(lián)映射的一個(gè)組相聯(lián)映射的Cache由由64塊組成，每組內(nèi)包含塊組成，每組內(nèi)包含4塊。塊。主存包含主存包含4096塊，每塊由塊，每塊由128字組成，訪(fǎng)存地址為字地址。字組成，訪(fǎng)

27、存地址為字地址。試問(wèn)主存和試問(wèn)主存和Cache的地址各為幾位？畫(huà)出主存的地址格式。的地址各為幾位？畫(huà)出主存的地址格式。字塊內(nèi)地址字塊內(nèi)地址組地址組地址主存字主存字塊標(biāo)記塊標(biāo)記8 4 7組組=64/4=1632. 設(shè)某機(jī)主存容量為設(shè)某機(jī)主存容量為4MB，Cache容量為容量為16KB，每字塊有，每字塊有8個(gè)字，每字個(gè)字，每字32位，設(shè)計(jì)一個(gè)四路組相聯(lián)映射（即位，設(shè)計(jì)一個(gè)四路組相聯(lián)映射（即Cache每組每組內(nèi)共有內(nèi)共有4個(gè)字塊）的個(gè)字塊）的Cache組織。組織。（1）畫(huà)出主存地址字段中各段的位數(shù)；）畫(huà)出主存地址字段中各段的位數(shù)；（2）設(shè)）設(shè)Cache的初態(tài)為空的初態(tài)為空,CPU依次從主存第依次從主

28、存第0,1,289號(hào)單元號(hào)單元讀出讀出90個(gè)字（主存一次讀出一個(gè)字）個(gè)字（主存一次讀出一個(gè)字）,并重復(fù)按此次序讀并重復(fù)按此次序讀8次次,問(wèn)命問(wèn)命中率是多少？中率是多少？（3）若）若Cache的速度是主存的的速度是主存的6倍倍,試問(wèn)有試問(wèn)有Cache和無(wú)和無(wú)Cache相比相比,速度約提高多少倍？速度約提高多少倍？答：答：字塊內(nèi)地址字塊內(nèi)地址組地址組地址主存字主存字塊標(biāo)記塊標(biāo)記10 7 5每個(gè)字塊有每個(gè)字塊有8個(gè)字，個(gè)字，CPU讀第讀第0號(hào)單元時(shí)，未命中，必須訪(fǎng)問(wèn)主號(hào)單元時(shí)，未命中，必須訪(fǎng)問(wèn)主存，同時(shí)將該字所在的塊調(diào)入存，同時(shí)將該字所在的塊調(diào)入Cache第第0組中的任一塊，接著組中的任一塊，接著C

29、PU讀讀1-7號(hào)單元時(shí)均命中。號(hào)單元時(shí)均命中。同理同理CPU讀讀8,16，,88號(hào)單元均未命中，有號(hào)單元均未命中，有12次；命中率為次；命中率為 (90*8-12)/90*8=0.833沒(méi)有沒(méi)有Cache的訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間是的訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間是6t*720；有有Cache的訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間是的訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間是6t*12+t*(720-12)；提高倍數(shù)為提高倍數(shù)為6t*720/(6t*12+t*（720-12)-1=4.54. 38. 磁盤(pán)組有磁盤(pán)組有6片磁盤(pán)，最外兩側(cè)盤(pán)面可以記錄，存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)徑片磁盤(pán)，最外兩側(cè)盤(pán)面可以記錄，存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)徑22cm，外徑，外徑33cm，道密度為，道密度為40道道/cm,內(nèi)層密度為內(nèi)層密度為400

30、位位/cm,轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速3600轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分。分。 （1）共有多少存儲(chǔ)面可用？（）共有多少存儲(chǔ)面可用？（2）共有多少柱面？）共有多少柱面？ （3）盤(pán)組總存儲(chǔ)容量是多少？（）盤(pán)組總存儲(chǔ)容量是多少？（4）數(shù)據(jù)傳輸率是多少？）數(shù)據(jù)傳輸率是多少？ 解：解：（1）共有：）共有：62 = 12個(gè)存儲(chǔ)面可用；個(gè)存儲(chǔ)面可用；（2）有效存儲(chǔ)區(qū)域）有效存儲(chǔ)區(qū)域 =(33-22)/2= 5.5cm柱面數(shù)柱面數(shù) = 40道道/cm 5.5cm= 220道道（3）內(nèi)層道周長(zhǎng)）內(nèi)層道周長(zhǎng)=22 cm= 69.08cm道容量道容量=400位位/cm69.08cm= 3454B. 面容量面容量=3454B220道道 = 759 88

31、0B 盤(pán)組總?cè)萘勘P(pán)組總?cè)萘?=759880B12面面= 9,118,560B（4）轉(zhuǎn)速）轉(zhuǎn)速 = 3600轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) / 60秒秒 = 60轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/秒秒數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率 = 3454B 60轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/秒秒 = 207，240 B/S 39. 某磁盤(pán)存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為某磁盤(pán)存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分分,共有共有4個(gè)記錄盤(pán)面?zhèn)€記錄盤(pán)面,每毫米每毫米5道道,每道記錄信息每道記錄信息12 288字節(jié)字節(jié),最小磁道直徑為最小磁道直徑為230mm,共有共有275道，道，求：（求：（1）磁盤(pán)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量；）磁盤(pán)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量； （2）最高位密度（最小磁道的位密度）和最低位密度；）最高位密度（最小磁道的位密度）和最低位密度； （3）磁